Un terme polysémique

1Le mot « tempête » nécessite d’être défini dans la mesure où ce terme est souvent employé pour qualifier un type de temps, mais avec des critères différents. À partir de quelle vitesse de vent peut-on parler de tempête ? Les critères de vitesse sont-ils les seuls pris en compte ? Pourquoi pas les dommages alors qu’une tempête ayant causé d’énormes dommages marquera beaucoup plus les esprits qu’une tempête atteignant des vitesses de vent identiques mais faisant beaucoup moins de dégâts ? Vues sous cet angle, les tempêtes apparaissent plus « humaines », plus « sociales »... Mais l’inconvénient d’une telle approche est qu’elle rend difficile l’établissement d’une échelle graduée des dégâts, et donc de définition de seuils.

2Il est habituel pour les scientifiques de définir les tempêtes à partir de critères météorologiques : niveau de pression, mais surtout de mesures de vitesses de vent. Mais là encore, il n’existe pas de définition universelle. Pour les compagnies d’assurance le seuil est un vent de 90 km/h, parfois même de 80 km/h. Pourtant de telles vitesses ne sont pas rares, or on a le sentiment que par définition une tempête est un événement climatique rare. Les dictionnaires de Géographie peuvent aussi « semer la confusion ». Pour R. Brunet (1993), on peut parler de tempête lorsque les vents dépassent les 90 km/h, tandis que pour P. George (1993) le seuil retenu est 60 km/h. Le premier parle de « vents » alors que le deuxième précise qu’il s’agit de période de vents. La définition d’une tempête n’est pas plus claire dans les dictionnaires consacrés au climat : pour G. Beltrando (1995) c’est une « violente tourmente atmosphérique, accompagnée de vent, associée au passage d’une dépression ou d’une perturbation tropicale ». Dans le glossaire d’Oscar Villeneuve (1974), la tempête est définie comme une « violente tourmente atmosphérique sur terre et sur mer » et comme un « vent dont la vitesse est comprise entre 55 et 63 milles à l’heure (10 Beaufort) ». C’est ce même seuil qui est souligné dans l’ouvrage de Météorologie marine de R. Mayençon (1992).

3« Tempête » est donc un terme vague, il en va de même a fortiori pour les « fortes tempêtes », « les violentes tempêtes ». Le vent est le principal critère retenu mais sur quelle durée ? dix minutes, une heure ? À l’issue de cette analyse de vocabulaire il apparaît que la définition est déjà l’un des problèmes majeurs dans l’étude des tempêtes. Quelle unité faut-il utiliser, sur quelle période faut-il mesurer le vent ? Une même vitesse de vent aura-t-elle toujours la même origine ? Et donc la même échelle ?

Les unités de mesures de vent

4L’une des difficultés que comportent les relevés anémométriques est l’unité dans laquelle ils sont exprimés. La mesure définit la distance parcourue par un ballon dans l’air pour une durée donnée. Selon les époques et les régions du monde, les unités sont différentes. Depuis que l’échelle de Beaufort (tableau 1) est employée, le vent est généralement exprimé en nœuds. Cependant, pour les anglophones, les vitesses de vent sont souvent données en miles. Il est donc nécessaire de procéder à des conversions, pour uniformiser ces valeurs. Un nœud correspond à 1,1508 mile. Dans les pays appartenant au continent européen, c’est plutôt les km/h qui sont utilisés. Un nœud est égal à 1,8520 kilomètre. D’autre part, l’échelle de Beaufort est également une unité de mesure, exprimée en Force 8, Force 9, etc. Elle s’appuie sur les conséquences en mer et à terre du vent. L’échelle de Fujita (tableau 2), issue de l’observation des dégâts des cyclones est du même type.

5Enfin, les mesures de vent les plus récentes utilisent le système international. Ce système a pour avantage d’homogénéiser les données dans le monde entier. Cependant, il n’est pas appliqué partout. L’unité internationale de mesure de vent est le mètre par seconde (ms^-1). Un mètre par seconde équivaut à 1,94 nœuds et 2,24 miles par heure.

6Quant au pas de temps de mesure du vent, le vocabulaire distingue : Vent instantané, Vent maxi instantané ou Rafale, Vent moyenné sur 6 ou sur 10 minutes, Vent moyen maxi, Vent horaire, Vent trihoraire... En apparence, il ne s’agit que de simples multiplications..., mais l’effet des turbulences de l’air en mouvement produit sur un enregistrement en continu des alternances de pointes et de plats. L’anémomètre ne se stabilise pas à une vitesse donnée, même au bout d’un certain temps. L’indication de pointes de vent est donc peu significative, il vaut mieux lui préférer une moyenne sur six ou dix minutes. Sur les appareils enregistreurs, les moyennes sont calculées à partir du nombre de tours de rotation effectué par les coupelles pour une durée donnée, dix minutes, une heure, trois heures, vingt-quatre heures. Par exemple, à Orly, une pointe de 172 km/h a pu correspondre à un vent moyenné sur six minutes de 160 km/h et de 150 km/h sur dix minutes. Plus la durée est longue, plus la vitesse diminue. Un coefficient de correction de 1,2 à 1,5 permet de passer d’un vent instantané à une moyenne sur 10 minutes (tableau 3).

tableau 3. Vitesses de vent à Melun lors de la tempête de décembre 1999.

Les anémomètres

7Le premier problème posé par les mesures de vent est donc l’unité utilisée, qui prend des formes différentes. Mais les difficultés ne s’arrêtent pas là. Les instruments de mesure de vent, les anémomètres, posent un second problème.

8Les véritables instruments de mesure de direction du vent n’apparaissent qu’au xvi^e siècle et il faut attendre 1797 pour la mise au point du premier instrument vraiment « scientifique » par G.-F. Parrot. Ce type d’anémomètre sera utilisé jusqu’au xx^e siècle. Pourquoi si tardivement si on compare à la mesure de la température ? C’est que la mesure de la vitesse horizontale du vent est plus difficile. Longtemps on se contente d’en cerner les effets sur des échelles comme celle de l’amiral Beaufort de 1806, qui décrit les effets sur la stabilité d’un voilier et sur la surface de la mer. C’est seulement en 1946 qu’un équivalent de vitesse en m/s ou km/h sera donné à chaque degré Beaufort par les services météorologiques internationaux. La vitesse du vent est encore donnée à « l’estime » au début du siècle.

9Pourtant le premier anémomètre date de 1450 environ. Il enregistre la déclivité d’une plaque entre le repos et au moment où le vent souffle. Le même principe est appliqué par Hooke pour la Royal Meteorological Society en 1687. Les anémomètres tubulaires sont également une variante de l’utilisation de la pression pour mesurer la vitesse de propagation de l’air (Huet, Lind, Bourdon, Dines...). Tout comme la manche à air. Dans les anémomètres à rotation on déduit la vitesse du nombre de tours effectué par une hélice pour un temps donné (principe du moulin à vent). J. Richard invente un appareil à quatre coupelles hémisphériques fixées à un axe vertical. Un exemplaire équipera le sommet de la tour Eiffel. Ce type d’anémomètre à moulinet (figure 1) est encore utilisé dans les stations du réseau météorologique mais plusieurs générations d’appareils se sont succédé sur ce principe. Chaque étape améliorant les performances de rotation maximale issue de l’inertie des moulinets. Les anémomètres à tube subsistent encore car ils sont plus précis lors de fortes rafales.

10Le choix d’un appareil suppose donc un compromis entre robustesse et précision. Les appareils capables de mesurer des vitesses élevées sont le plus souvent peu précis en dessous de 1 m/s et des vents de moins de 2,5 m/s peuvent être comptabilisés dans la catégorie « calmes » (sans vent). Cette inertie croît bien sûr aussi avec l’âge de l’appareil. Enfin l’appareil répond avec retard aux fluctuations du vent surtout s’il est turbulent (inertie avant le début de rotation des coupelles et surtout rotation progressivement plus lente). En cas de tempête, les vitesses sont donc surestimées ; selon E. Linacre (1991), il y aurait une erreur de 5 à 13 % sur la mesure de la vitesse du vent. Par conséquent il convient de garder l’esprit critique vis-à-vis des mesures de vent, notamment pour la comparaison des tempêtes les plus récentes avec celles du passé.

Les stations de mesure

11Dans la mesure, l’environnement de la station météorologique compte pour beaucoup. Il faut considérer que ce qui entoure la station peut changer au cours des siècles, ou parfois en quelques décennies : bâtiments, végétation. Dans le cas où des arbres disparaîtraient, la station serait en situation plus exposée. À l’inverse, des arbres devenus grands aux abords de la station ou la construction d’immeubles élevés placeraient celle-ci dans une situation d’abri plus marqué. Il en est ainsi de l’environnement autour de Trappes, si bien qu’avec la construction de la ville nouvelle, la fréquence des vitesses de vent supérieures à 25 m/s a brusquement chuté à partir de la décennie 1970.

12En outre, l’altitude du site de mesure, la hauteur de l’anémomètre par rapport au sol ne sont pas indifférents. La vitesse du vent croît avec l’altitude. Ceci s’explique par le fait que le vent est ralenti au sol par le phénomène de frottement dû aux aspérités de toute sorte (relief, bâti, arbre, etc.). Par exemple, à 10 m d’altitude, soit l’altitude standard, une vitesse mesurée dans une station « standardisée » sera grossièrement accélérée en mer (coefficient multiplicateur : 1,1) et freinée au-dessus d’une ville (coefficient multiplicateur : 0,5 à 0,7 selon la hauteur du bâti). L’effet se réduit avec l’augmentation de la distance au sol.

13La loi d’Archibald donne la vitesse (v) théorique (en m/s) à une altitude donnée _(zx) par rapport à la vitesse mesurée à 10 m d’altitude (standard, _st) :

14V_zx = v_st (z_x-z_st) 0,14

15Alors comment comparer en Île-de-France des mesures effectuées dans la même région mais à des altitudes allant de 20 m à Méricourt et 320 m au sommet de la tour Eiffel (tableau 4 et annexe : liste des stations météorologiques d’Île-de-France), et dans des environnements très différents, puisque le site de Méricourt est rural et la tour Eiffel est à Paris ?

tableau 4. Classes d’altitude des stations d’Île-de-France

16Les mesures de vent sont donc ponctuelles et par exemple deux anémomètres placés sur l’aéroport de Roissy-en-France, le 27 octobre 2002 ont enregistré à 12h06, l’un 98,6 km/h et l’autre 108 km/h (Météo France). Il faut donc être prudent avec l’interprétation des mesures. Elle intègrent trois types d’influences : les processus atmosphériques de la micro-échelle stationnelle, la moyenne des effets des phénomènes d’échelle inférieure et les effets des processus d’échelles plus vastes, synoptiques principalement mais éventuellement planétaire, comme c’est le cas avec le réchauffement global. En instantané, plusieurs causes d’échelles différentes peuvent produire une vitesse de vent identique. Mais l’origine en sera différente. C’est pour cette raison que dans toute étude sur les vents forts, il est indispensable de définir l’échelle spatio-temporelle du phénomène. Pendant combien d’heures le vent a-t-il soufflé avec cette intensité ? Quel espace a été touché ?

Les échelles du vent

17L’existence de vent mesuré dans une station météorologique à l’altitude standard de 10 m au-dessus du sol peut avoir quatre origines :

• les gradients de pression du champ synoptique ;

• les éventuelles différences de température du substrat au voisinage (brises, etc.) ;

• l’effet de pentes sur l’écoulement de l’air froid ;

• l’instabilité verticale de l’atmosphère (orage, tornade, trombe...).

18Seuls les gradients de pression du champ synoptique et l’instabilité verticale peuvent produire des vitesses de vent de plus de 90 km/h (tableau 5).

tableau 5. Échelles des processus atmosphériques générant des vents forts au sol en Europe

19En Europe, les vents violents sont associés aux dépressions mobiles ou perturbations tempérées qui se forment sur l’Atlantique et se propagent ensuite vers l’est. Le vent mesuré au sol n’est qu’une fraction du vent de gradient (environ 0,6 à 0,7). À proximité du centre, les vents au sol changent de direction, alors qu’au voisinage des fronts, ils prennent une composante sud à ouest. Ils soufflent plusieurs heures sur les mêmes lieux car le diamètre des perturbations est de 1500 à 2 000 km. Comme la vitesse de propagation des perturbations est en général inférieure à 100 km/h, elles traversent les 900 km de Brest à Strasbourg en environ 12 heures (huit heures seulement le 26/12/1999).

20L’instabilité verticale de l’atmosphère peut également engendrer des vents violents mais ils sont éphémères et affectent des espaces plus réduits. Ce sont les orages, les trombes et les tornades. Les orages se forment lorsque l’atmosphère est instable. Les ascendances d’air conduisent à la formation d’un cumulonimbus. Au sol les vents accompagnés de rafales se dirigent vers la base du nuage pendant au plus deux heures. Les tornades se distinguent de cumulonimbus d’orage classique par leur forme de colonne tourbillonnaire autour d’un axe unique à la manière des cyclones tropicaux dont elles diffèrent par leur taille. C’est la force centrifuge qui s’exerce au maximum et explique la disposition des troncs (volis, chablis) après le passage du phénomène venteux au-dessus d’une forêt, par exemple. La trombe marine ou trombe de lac est la petite cousine germaine de la tornade. Elle se caractérise par un cumulonimbus en forme de mince entonnoir (quelques mètres) qui se propage à grande vitesse occasionnant des vents très violents et tournants.

21Nombre de commentateurs des tempêtes de décembre 1999 ont insisté sur l’étendue inhabituelle du phénomène : les deux tiers septentrionaux de la France pour la première tempête et les deux tiers méridionaux pour la seconde. Mais ces vents violents sont indissociables des perturbations tempérées dont le diamètre est en moyenne de 1 500 à 2 000 km. Si la France est ordinairement affectée sur des portions plus petites de territoire, c’est que les trajectoires passent au nord de l’hexagone et que la France n’est concernée que par les marges du phénomène. Or, la perturbation du 26 décembre 1999 a traversé la France de part en part le long du 49^e parallèle (c’est-à-dire à la latitude de Caen, Paris, Metz, etc.), occasionnant des dégâts très importants sur une bande de 150 km de part et d’autre de cet axe.

22Par ailleurs, les vitesses de vent reprises par les médias confondent différents pas de temps (moyenné et instantané) et donc bien des comparaisons entre records ne sont pas pertinentes. Enfin, la mesure n’est qu’une vérité, celle d’un lieu très étroit à un moment précis. Le réseau météorologique bien adapté par sa densité au suivi des perturbations frontales ne l’est plus pour les phénomènes venteux d’échelle locale, trop petits pour être toujours enregistrés par une station. De plus, les stations standardisées sont des espaces gazonnés, ouverts, qui traduisent mal les spécificités du tissu urbain.